在感应加热过程中,热量主要集中在坯料的表层,中心部分热量的获得靠材料本身的导热能力。根据已有经验,感应加热的效果受到坯料的原始组织、化学成分、加热温度和时间等因素的影响。其他参数如加热速率、保温时间和保温温度等也对加热效果有影响。上述所有因素都通过热导率λ和比定压热容cp来起作用。因而热导率λ和比定压热容cp是加热过程中的主要控制参数。不同的材料有不同的热导率λ和比定压热容cp,即使相同的材料(化学成分相同),当其组织状态不同时,也具有不同的热导率λ和比定压热容cp。图4-11显示了A356铝合金在常规组织和半固态组织下的热导率λ和比定压热容cp[10,11]。
图4-11 A356铝合金在常规组织和半固态组织下的热导率λ和比定压热容cp
从图4-11可以看出,当从室温加热到固相线温度543℃时,A356铝合金的热导率λ和比定压热容cp在常规组织和半固态组织中有轻微的差别。然而当温度再进一步提高到半固态区间和更高的温度时,这两个物理参数有很大的差别。其中比定压热容突然增加约35倍,然后又降低,热导率迅速减低。其原因很可能是在半固态温度区间,常规组织的粗大枝晶在相同的时间内吸收了比在固相线温度以下相同的时间内更多的热量。该热量主要用于粗大枝晶的溶解,而不是用于枝晶之间热量的传递,因而热导率降低很多。(www.daowen.com)
与A356铝合金常规组织的热导率λ和比定压热容cp相比,具有半固态组织的A356铝合金其热导率λ和比定压热容cp在从室温加热到液相后变化很小。因而可以认为,对半固态坯料的加热过程中,热量吸收稳定,直到形成球形固相颗粒被液相包围的显微组织。这也可能是A356铝合金感应加热比较稳定的原因。在铸造行业,通常使用热物理参数来确定材料对加热的热敏感特性。根据该理论,可以用图4-12中的曲线解释A356铝合金和AZ91镁合金加热时之间的差别。由图可见,在从室温到570℃的加热过程中,A356铝合金的热物理参数α值比AZ91的α值大,这表示在相同的加热条件下(相同坯料尺寸和使用相同加热设备),从室温到570℃的加热过程中,A356铝合金吸收的热量要高于AZ91镁合金吸收的热量。这也是为什么对相同尺寸的A356铝合金和AZ91镁合金,加热A356铝合金需要更长的时间才能到达半固态温度的原因。
图4-12 A356铝合金和AZ91镁合金的特征热能参数的比较(常规组织)
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